Medición de corriente continua y ancho de banda
¿De verdad se necesitan 10 MHz de ancho de banda para una medición de corriente continua?
Cuando se
piensa en el «ancho de banda» de un instrumento de medida, a muchos les viene a la mente, en primer lugar, la definición propia del mundo de los osciloscopios. Según la norma IEEE 1057 (Norma para registradores de formas de onda digitalizadas), el ancho de banda eléctrico es el punto en el que la amplitud de una señal de entrada sinusoidal ha descendido en 3 dB —es decir, aproximadamente un 30 %— en comparación con un valor de referencia inferior.
Echemos un vistazo a la curva de respuesta en frecuencia del sensor de corriente HIOKI CT6873 de 200 A CA/CC con un ancho de banda de 10 MHz:
Imagen 1: Curva de respuesta en frecuencia del sensor de corriente HIOKI CT6873
Si la entrada máxima de corriente continua de 400 A a 10 MHz se ha reducido a tan solo 0,7 A, no hace falta ser licenciado en matemáticas para darse cuenta de que eso supone una reducción de mucho más del 30 %. La razón: la reducción de potencia de un sensor y su ancho de banda no guardan relación alguna entre sí.
Pero si el ancho de banda no describe qué corriente puede medir el sensor dentro de ese rango, ¿qué indica entonces?
¿Qué significa «rango de frecuencia»?
El ancho de banda indica en qué rango de frecuencias funciona con precisión un sensor. En el caso de un sensor de corriente, describe la rapidez con la que puede reaccionar ante cambios en la corriente medida. Existe una relación importante entre el ancho de banda (BW) y el tiempo de subida (T_rise), es decir, el tiempo que tarda una señal en subir del 10 % al 90 % de su valor final:
Imagen 2: Definición del tiempo de subida
El siguiente gráfico muestra la respuesta de un sensor de corriente ante un cambio brusco en la señal de entrada:
Imagen 3: Ilustración del tiempo de subida de un sensor de corriente
La curva naranja muestra cómo reacciona la señal de salida del sensor a lo largo del tiempo ante un cambio brusco en la señal de entrada. Las líneas discontinuas horizontales marcan el 10 % y el 90 % del valor de salida final del sensor. Estos valores son fundamentales para medir el tiempo de subida. El tiempo de subida (T_rise) es el intervalo de tiempo entre el momento en que se alcanza por primera vez el 10 % del valor final y el momento en que se alcanza el 90 %. En el gráfico se representa mediante la doble flecha de color magenta. Es importante señalar que la fórmula mencionada anteriormente no se aplica a todos los sensores de corriente, aunque en la mayoría de los casos es correcta. Un extracto del manual de los sensores HIOKI CT6710 / CT6711 describe el tiempo de subida según esta fórmula:
Imagen 4: Tiempo de subida y rango de frecuencia – Extraído del manual del HIOKI CT6710 / CT6711
¿Por qué es importante disponer de un amplio ancho de banda también para las mediciones de corriente continua?
Incluso cuando el objetivo principal es la medición de corrientes continuas, un ancho de banda elevado puede suponer una ventaja decisiva:
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Detección de eventos
de encendido y transitorios Muchas aplicaciones de corriente continua implican cambios repentinos de corriente, por ejemplo, al encender motores o al conmutar dispositivos de electrónica de potencia. Un sensor de corriente con un amplio ancho de banda permite detectar con precisión dichos picos de corriente de encendido o de arranque. -
Detección de interferencias
de alta frecuencia Las mediciones de corriente continua pueden verse afectadas por perturbaciones de alta frecuencia, por ejemplo, por interferencias electromagnéticas (EMI) procedentes de otros dispositivos, interferencias de radiofrecuencia (RFI) o ruidos de conmutación en la electrónica de potencia. Un sensor con un ancho de banda suficiente puede detectar estas señales de interferencia y, si es necesario, filtrarlas, mientras que un sensor con un ancho de banda reducido es posible que ni siquiera las detecte o que, debido a una velocidad de respuesta insuficiente, proporcione valores de medición erróneos.
Conclusión: Aunque la función principal de medición sea el registro de corriente continua, el rango de medición de un sensor de corriente desempeña un papel decisivo a la hora de obtener mediciones precisas, fiables y exhaustivas. No solo garantiza tiempos de respuesta rápidos y el registro de eventos transitorios, sino que también permite representar con mayor precisión la curva de corriente real, incluso en aplicaciones de corriente continua.
